烟草及职业暴露因素与膀胱癌关系的研究进展

摘要:吸烟及职业暴露因素是目前较为肯定的两大膀胱癌发病危险因素。 近年来,吸烟、职业暴露及芳香胺类 代谢物与膀胱癌发病的关系也越来越突出。 在吸烟及职业暴露因素中芳香胺类代谢物可能通过直接或经生物转化方式引起细胞 DNA 损伤,形成 DNA 加合物;而 DNA 加合物可能与膀胱癌发生发展密切相关。同时,当今时代个 人遗传易患性与癌症的关系也越发突出,尤其是对于与膀胱癌遗传易患性有关的代谢酶及基因研究,如细胞色素 P450 1A2、谷胱甘肽转硫酶、 N-乙酰化转移酶、磺基转移酶等成为现如今的研究热点。

膀胱癌是癌症相关死亡最常见的十大肿瘤之 一[1] 。 2012 年,全球共有膀胱癌新发病例429 800 例, 死亡病例 165 100 例,膀胱癌位居癌症发病第 6 位; 在我国,男性发病率居恶性肿瘤的第 7 位,女性排在第 10 位之后,发病率远低于欧洲国家[2] 。 男性膀胱 癌发病率是女性膀胱癌发病率的 3． 3 倍,城市地区 膀胱癌发病率是中国农村人口膀胱癌发病率的 2． 4 倍[3] 。 2008 年 统 计 数 据 显 示, 膀 胱 癌 发 病 率 在 60 岁以上的人群中已超过肾肿瘤,位居泌尿系统恶 性肿瘤发病第1 位[4] 。 目前较为明确的外部暴露因 素有吸烟和芳香胺类代谢物的职业暴露、其他有埃及血吸虫慢性感染等;个人遗传易患差异性在膀胱 癌的发病进程中也有重要作用。 现重点阐述膀胱癌 发病危险因素中吸烟及职业暴露因素与芳香胺类关系的研究进展,并从一定遗传学角度介绍膀胱癌 发病相关遗传易患位点差异因素等。

1 吸烟与膀胱癌的现况及研究进展

1．  1 膀胱癌与吸烟 吸烟是目前最为肯定的膀胱 癌致病危险因素,几乎男性泌尿系肿瘤的一半及女 性泌尿系肿瘤的 1 / 3 是由吸烟引起的[5] ,与非吸烟 者相 比, 吸 烟 者 可 使 膀 胱 癌 的 患 病率 增 加 2 ~ 3 倍[6] 。 此外,膀胱癌的发病率与每天吸烟的数量 及吸烟的年数成正比;最近,马斯特里赫特大学营养 代谢研究学院联合伯明翰大学癌症与基因组研究所 共同进行了一项研究[7],这项研究旨在进一步量化 吸烟的强度、持续时间、吸烟的数量及戒烟和膀胱癌 的风险关系,研究表明吸烟暴露年龄与膀胱癌患病风险度呈负相关,且随着烟龄的延长,膀胱癌的患病 风险也随之增加,这个风险稳定在每日吸烟数 15 支 且烟龄 > 50 年。 除此之外,近年来随着研究的深 入,二手烟即被动吸烟,也越来越受到人们的重视; 但是二手烟与膀胱癌发病之间还没有定论。 近年 来,国内外对于主动吸烟和被动吸烟与膀胱癌发病风险的报道及相关研究也越来也多。 国内的研究结 果表明,主动吸烟与被动吸烟均会增加膀胱癌患病 风险,与从未在家中被动吸烟者相比家中被动吸烟 者发生膀胱癌的可能性明显增加,吸烟的特征可能会影响这一关联[8] 。 而在国外相关研究中发现,与 吸普通烟的个人相比,吸浓烟的个人膀胱癌患病风 险较高,原因是浓烟中浓度较高的致癌物质[9] 。 此 外,吸入烟草的烟雾进入肺和喉咙可能导致比仅吸 入口腔更高的患病风险,尽管并不是所有的证据都 支持这一点。

1．  2 膀胱癌与烟草暴露环境的遗传易患性及遗传 毒性多环芳香胺类普遍存在于烟草、油烟罩、食 物、汽车尾气、化学工业场所等中。 一些芳香胺可以 通过肠道、皮肤的偶氮还原生成,并从偶氮染料中广泛分布于微生物环境中,其中一些芳香胺类被认为 是人类和动物的膀胱癌的主要病原,同时也可能与其他器官肿瘤的发生相关[10] 。

香烟烟雾本身是一种丰富的自由基,通过诱导 积累在细胞中 DNA 损伤作为肿瘤的启动因素。除 了自由基,超过 60 种致癌物质已被发现存在于香烟 烟雾中,如芳香族胺类,多环芳香烃以及烟草中特异 性亚 硝 胺 类 是 公 认 的人 类 和 ( 或) 动 物 的 致 癌 物[11-13] 。 这些化学物质的遗传毒性模式已被划定, 其涉及以直接或经生物转化方式引起细胞 DNA 损 伤的能力。 如由能产生亲电物质形成共价结合的 DNA 损伤,这称为 DNA 加合物[14] 。 DNA 加合物的 形成是潜在的癌变结果,因为修复耐药的 DNA 加合 物可以在 DNA 复制过程中产生误导,从而产生突 变[15] 。 这些特定的基因突变(即与癌症相关的基 因)在关键的控制细胞重要功能的地方(如生长和 发育等) 发生突变,随之可能导致肿瘤的发生[16] 。 因此,原癌基因或抑癌基因的DNA 加合物形成的持 续性可以被视为膀胱癌发病过程中的早期事件。

2 膀胱癌与职业暴露的现况

2． 1 膀胱癌与职业暴露中的芳香胺 对于膀胱癌 的发生、发展,职业接触芳香胺亦是其危险因素之一,其首次发现于 100 多年前的英国。 2-萘胺、4-氨 基联苯和联苯胺广泛存在于化学产品、染料、橡胶、 纺织等行业,亦可发现于染发剂、涂料、杀虫剂、香烟 烟雾、塑料制品、金属制品和机动车尾气以及工业设 施的污染物排放[16-18] 。 在职业芳香胺暴露因素中, 相关的典型职业有橡胶、塑料和染色工人,也包括 理发师和画家。 一项对 794 例膀胱癌患者进行的队 列研 究[19] , 运 用 Cox 回 归 分 析 结 果 显 示, 其 中 416 例(52% )患者中观察到一次或几次复发,而在 这些复发的患者中皮革工业( n = 4),印刷业( n = 4),交通工具( n = 43) ,化学工业( n = 40) ,画家 / 漆匠(n = 21) ,着色剂生产和加工工人( n = 7) ,铸 造厂工人( n = 5)和暴露于芳香胺( n = 45) 的患者 与膀胱癌复发密切相关;同时在西班牙纺织行业 中进行的多中心病例对照研究中[20] ,该研究数据包括 1 219 例膀胱癌病例和 1 271 例对照组,数据观 察分析表明,从事纺织工作中的整经、浆纱的工人患 膀胱癌的风险性较正常人高。暴露于合成材料的工 人也发现更高的膀胱癌罹患风险。

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2 职业暴露因素中芳香胺类化合物相关研究的 新进展 长期以来职业性芳香胺暴露中几个特定的 芳香胺化合物被认为是与膀胱癌的诱发因素有关的膀胱致癌物。

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咪唑乙烟酸和灭草喹是近年来新发现的一类芳 香胺类致癌物,美国国立卫生研究院 Koutros 等[21] 进行了一项包含 57 310 名农药使用者以及 65 种农 药的前瞻性队列研究,以评估农药和膀胱癌之间的 关联。 结果表明,农药成分中的咪唑乙烟酸和灭草喹与膀胱癌的发病关系最为密切,且它们均属于芳 族胺。 邻甲苯胺主要是在染料的制造中使用的芳香族 胺,也存在于生产的合成橡胶和杀虫剂中,以及可以 作为固化剂环氧树脂体系。

邻甲苯胺是由国际分类 机构癌症研究中心(International Agency for Research onCancer,IARC)划定的“人类致癌物” (Ⅰ组) [22] 。 2015 年Carreón 等[23] 在美国 6 个洲的癌症登记处统计膀胱癌罹患数据并进行了一项历史性队列研 究,该研究基于在美国纽约州统计的一项 1 749 名 从事橡胶化学品的工人回顾性队列研究(该研究由 美国国家职业安全和健康研究所进行),研究表明 长期暴露于化学制品工厂中的邻甲苯胺、苯胺和硝 基苯等芳香胺类代谢物中的工人膀胱癌罹患率约为 纽约普通人口膀胱癌罹患率的 3 倍。 亦有其他研究 观察到膀胱癌罹患率在可能暴露于上述化学物质中 (低量/ 规律)的工人中增加了 4 倍,在确定暴露于 上述化学物质中(中量/ 大量)的工人中几乎增加了 4 倍[24] 。

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合成的 4,4′-亚甲基-双邻氯苯胺(4,4′-methyl-ene-bis-ortho-chloroaniline,MbOCA)在工业中主要用于生产可浇铸的聚氨酯过程。 MbOCA 是一种可疑 人类膀胱致癌物,最近由 IARC 重新分类从 2A 类别 转为1 类 致 癌 物 质 ( IARC, 2009 ) [25] 。 英 国 对 308 名接触 MbOCA 的工作人员进行了一项流行病 学的后续研究[26] 。 基于 2005 年 6 月调查的研究数据表明[27] (经由生物监测测量的暴露在聚氨酯产业 中的MbOCA),MbOCA 生物学监测肌酐值将低于 15 μmol / L,而且可能低于 10 μmol / L。 说明基于来 自该研究[26] 和 2005 年 6 月调查的数据[27]中皮肤 暴露途径对于 MbOCA 是最显著的,并且暴露可能高度依赖于个体工作环境和暴露途径(特别是手 套)方式的相对差异。

3 与膀胱癌的遗传易患性有关的代谢酶及基因

3． 1 细胞色素P450 1A2 ( cytochrome P450 1A2, CYP1A2) CYP1A2 同工酶过去一直被假定为在 芳基胺类致癌物代谢活化中起重要作用,尤其是存 在香烟烟雾中的芳香胺类致癌物[28] 。 活化的芳基 胺可以与大细胞分子如 DNA 等结合最终形成膀胱 癌的 DNA 加合物[29] 。 人类表现出相当大的个体间 CYP1A2 活性的变异性,来自不同个体的肝组织制 剂显示出 CYP1A2 mRNA 超过 40 倍的差异。 这种 个体间差异性很有可能是与遗传及环境因素相 关[30] 。一项 519 例膀胱癌患者病例对照的研究结 果表明,CYP1A2 表型是膀胱癌发病风险的主要决定性因素,这种代谢基因的致癌潜力可能取决于其 主要诱导剂;而烟草环境暴露是其强诱导剂[31] 。 CYP1A2 表型尿液可替宁水平得分的几何平均数随 着每天吸烟数量的增加而增加。

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3． 2 致癌物代谢酶基因 人体致癌物在体内的代 谢需经过Ⅰ相或者Ⅱ相代谢酶转化,而酶活性与代谢酶基因的关系又紧密联系。 因此,个体代谢酶基 因多态性对于预测膀胱癌患病风险也有重要意义。

3． 2． 1 谷胱甘肽硫转移酶( glutathione S-transferase,GST) 尽管事实上与膀胱癌相关的职业已经 建立起来,但仍然存在的问题是看起来同水平暴露 于职业致癌物的个体却以不可预测的不同方式发展 膀胱癌。 这可能归因于编码生物代谢基因的遗传多态性酶,特别是 GST。GST 是包含Ⅱ相解毒酶的超 基因家族,其催化外源性物质(芳族烃,氯化化合物 和一些杂环芳香胺)与谷胱甘肽的偶联导致潜在致癌物的消除增强[32] 。 最好表征的 GST 种类已命名 为 α(GSTA),mu(GSTM),pi(GSTP) 和 θ(GSTT)。这些酶均可在膀胱移行上皮中观察到可观的 GST 活性[33] 。欧洲塞尔维亚一项基于 143 例男性膀胱 癌患者病例对照研究表明[34] ,从基因学职业暴露相互作用分析的结果得出职业暴露的男性对于 GSTP1 的多态性有显著的影响。 在这项研究中发现溶剂是 其中最显著的膀胱癌风险因素,而对于膀胱癌风险 和溶剂之间关系的研究却鲜有报道。 研究结果观察 发现,低活性 GSTA1 和 GSTM1 空基因型增加易患 膀胱癌风险性,而有职业接触的膀胱癌患者可通过 GST 酶的活性解释其解毒和抗氧化防御机制[34] 。 也就是说,GSTA1 和GSTM1 具备较强的过氧化物酶 活性,这是对抗自由基细胞防御关键的组成部分。 另一方面,从肝细胞内大量表达 GSTA1 和GSTM1 得出 GSTA1 和 GSTM1 参与介导不同代谢物与谷胱甘肽的缀合,从而增加它们在尿中的排泄。 总之,这 些数据表明肝脏通过其 GST 共轭和过氧化物酶活 性,在保护存在于卤化溶剂中的膀胱致癌物质中发挥关键作用。 此外,职业暴露于溶剂中 GSTT1 活性 个体罹患移形细胞癌的风险是未暴露于溶剂中 GSTT1 活性的受试者的 5 倍[35]。

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3． 2． 2 N-乙 酰 化 转 移 酶( N-acetyl transferase, NAT) 人类 NAT 由两个不同的基因 NAT1 和 NAT2 编码。NAT2 主要在人肝脏中表达,而 NAT1 在 肝和 肝 外 组 织 包 括 膀 胱 和 结 肠 中 都 可 检 测 到[36-37] 。 NAT2 是 NAT 中的 1 个成员,位于人染色 体 8p22 上[38];NAT2 是单个、无内含子编码蛋白质 外显子的产物,870 bp 的开放阅读框编码 290 个氨 基酸[39] ,并且是多态性的,与芳香胺相关的 N-乙酰 化竞争解毒途径主要由肝内 NAT2 调控。 NAT2 基 因型(基因型定义为所有类型的基因和等位基因的集合,由基因座和特定碱基序列和/ 或功能区分)分 为快和慢乙酰化表型(其中表型定义为所有类型的 集合的生物或其子系统中的一个的性状) [40] 。 在膀 胱癌患者中,有许多研究表明 NAT2 慢乙酰化基因 型与增加相关癌症风险相关[41-42] 。 Moore 等[43] 也 证实,NAT2基因型与膀胱癌的风险高度相关,具有慢 NAT2 表型的患者更可能发展为高级别和浸润性膀胱肿瘤,尽管部分发表的研究中的结果并不一致。 Pesch 等[44]发现 NAT2 慢乙酰化基因型与膀胱癌风 险并无明显联系。 国内也有研究指出[45] ,目前未发 现 NAT2 慢乙酰化基因型与中国人群膀胱癌风险升 高之间的关联。相反,Golka 等[46] 表明 NAT2 脂蛋 白水平与膀胱癌受试者芳胺暴露相关。 快速乙酰化的患者已被证明与不同种族的各种肿瘤的风险性相 关;相比之下,慢乙酰化 NAT2 的代谢芳香族胺的效率较低, 因此癌症的发展可能具有更大的遗传 倾向[47] 。

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2．  2． 3 磺基转移酶( sulfotransferase,SULT) 磺 酸盐共轭对于一些外源物代谢(饮食中的药物和诱变剂以及环境暴露等)以及内源性代谢物(神经递 质、激素等)是尤为重要的。 在磺化期间,磺酰基部 分与底物的亲核基团缀合,导致活性降低或排泄增 加。 然而,一些研究报道磺化反应可导致前诱变剂 和致癌物的生物活化[48-49] 。 磺化反应由 SULT 家族 的成员催化,在人类中包括至少 7 种 SULT 亚型。 SULT1A1 似乎是苯酚 SULT,因为其在各种组织(包 括肝,肾和肺)中均有丰富分布[50] 。 尽管磺化反应 被认为是解毒反应,但是涉及的几种 SULT,特别是 SULT1A1 参与某些杂环芳香胺的生物活化。 单核 苷酸的第 7 位外显子中的 213 位密码子处由于 G 突 变致 A 导致精氨酸(arginine,Arg) 由组氨酸( histidine,His)置换代替(Arg213His,rs9282861),并且这 种遗传多态性可能导致酶活性降低[48]。 Tung 等[51] 在中国台湾进行了病例对照研究,评估了 SULT1A1 Arg213His 多态性及其与吸烟对膀胱癌风险的相互作用的影响,与参照组(携带His/ His 和 Arg / His 基 因型)相比,携带 SULT1A1 精氨酸/ 精氨酸基因型的参与者罹患膀胱癌风险性显著增加。 此外,在携带 SULT1A1 精氨酸/ 精氨酸基因型的重度吸烟者( > 27 包/ 年)中检测到膀胱癌患病风险的最高值。

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4 结 语

烟草中暴露的芳香胺类可以直接或经生物转化 引起细胞 DNA 损伤,形成 DNA 加合物从而影响膀 胱癌发病过程。 其次,吸烟亦是肝细胞色素 P450 1A2 的强诱导剂。 NAT2 慢乙酰化与阳性吸烟状态 的组合效应也增加了癌症风险,NAT2 慢乙酰化基 因型可能是膀胱癌发病风险的重要遗传决定性因 素。 欧洲塞尔维亚的学者从基因学研究职业暴露与 个体基因相互作用分析,结果表明职业暴露的男性 和 GSTP1 多态性之间有着显著的影响[34] 。 暴露于 芳香胺类职业中,如染料和橡胶工人、理发师,打印 机和皮革工人等人群中拥有较高的膀胱癌患病风 险,而农业行业中的工人患病风险最低。但在最近 农业行业中研究发现咪唑乙烟酸和灭草喹亦是膀胱 癌新的致癌物[21] 。 此外,根据最新的研究,邻甲苯 胺及 2-氯苯胺等也有了新进展,进一步确定其在 膀胱癌患病风险中的作用[23-24] 。 综合考虑吸烟及职业暴露情况及个人基因状态可以更好地评估膀胱 癌的患病风险,并指导开展膀胱癌的防治工作。